某型發動機核心機數據在線測量系統研制

國營川西機器廠（中國人民解放軍第五七一九工廠）是空軍裝備部直屬的航空發動機修理工廠、新型航空發動機

修理基地。工廠以技術創新、管理創新和手段創新為路徑，自主研發560 余項航空發動機維修技術標準；創建了再制造技術體系，國內率先實現金屬3D 打印技術在航空發動機上的批量應用；具備上萬項軍民品航空零部件制造能力；是美國GE 航空集團、漢勝公司航空零部件的直接供應商。擁有國家專利授權130 項（其中發明專利36 項），獲得國家、省部級、市級等科技進步獎30 余項，是17 項國家標準的主要起草單位。某型發動機核心機數據在線測量系統，是工

廠自主研制的用于發動機核心機修理過程的數據測量系統，旨在提升核心機裝配質量，壓縮裝配周期，項目實施后取得了良好的效果。該項目在2016 年獲得了“空軍裝備修理系統首屆質量改進成果評比獎”一等獎（見圖1）。



某型發動機是我國自行研制的軍用雙轉子加力式渦輪三代風扇發動機。采用了單元體結構設計，其高壓壓氣機單元體、燃燒室、高壓渦輪單元體為發動機核心機。

核心機作為發動機的重要組成部分，裝配測量數據較多， 其準確性直接關系到發動機裝配質量和整體性能，因此對裝配數據的控制十分嚴苛。裝配過程中，任一測量面不合格，就需進行重新裝配，甚至分解至下一層零組件進行調節，以滿足工藝要求。

裝配質量直接影響發動機修理周期。對核心機的裝配過

程進行系統分析后發現，核心機裝配測量存在以下問題：

1. 裝配測量為人工讀數，數據量大且易出現人為判讀誤差。

2. 不能提供位置調整標準，返工次數多，延長裝配周期。

3. 核心機裝配過程的測量數據為紙質保存，不易快速查詢。

4. 原始數據利用率不高，可追溯性不強。

5. 數據判讀方式單一，測量點多時，測量不便，擴展性不強。

針對以上癥結，工廠決定自主研制在線測量系統，以解決核心機裝配存在的問題。




二、技術措施


1.改進測量儀器，設計專用工裝

（1）   取消原指針式儀器，選擇并更換帶COM 口數據傳輸的高精度儀器，安裝高精度轉速傳感器并進行信號調理，確保測量數據能夠快速傳輸到電腦。測量數據傳輸示意圖如圖2 所示。



（2）  對裝配使用的高精度轉臺增加伺服電機、光電傳感器并形成閉環控制。消滅人工轉動不均勻對測量帶來的影響，提高測量準確性，減少操作人員的工作量。



（3）設計傳感器夾持使用的專用工裝，不干涉核心機的裝配和轉動。



2、研究多種算法，對比分析選擇最優根據技術文件，要求中介機匣圓心計算使用6 點計算法，大同軸度使用8 點計算法。為確保核心機修理一致性，在中介機匣和大同軸度測量時，開發人員和技術人員針對此種情況進行算法研究，應用不同算法對測試結果和計算結果進行驗證，對比分析后選擇最優算法固化到測試軟件中。



對于壓氣機及渦輪的裝配測量數據的計算擬合，采用最小二乘法，不僅能減少薄壁零件局部變形帶來的測量誤差，還能擬合出圓心的位置及圖形，指導裝配調整方向。



3、軟件開發采用C#進行數字化在線測量軟件研發（見圖3），將測量數據采集進入計算機，軟件根據工藝要求自動進行數據計算、分析及處理， 原始測量數據及處理結果自動保存到網絡數據庫。設置不同權限對歷史數據進行查詢，根據需要生成可打印的原始記錄或電子工卡。



三、具體成效
1.實施效果
（1）   該系統實現了在裝配過程中自動采集數據、自動存儲數據、自動符合性判定，消除人為目視測量誤差。

（2）   數據處理能力得到擴展。

（3）   實現了根據測量數據進行分析并指導裝配工作，減少返工次數。

（4）   實現了裝配數據的便捷查詢。

2.裝配效率（見表1）



（3）單臺節約人力資源成本每小時人力成本按39.7 元計算，裝配效率提升后，單臺節約人力成本為：



39.7 元/小 時 × 8 小 時/天 ×（[  7.6-4.8）+（1.26-0.95）+（8.1-4.6）]天=2099.3 元項目實施后，工作者由兩人變為一人，則單臺節約人力成本為：39.7 元/小時×8 小時/天×（7.6+1.26+8.1）天=5386.5 元項目實施后單臺共節約人力成本：2099.3 元+5386.5 元=7485.8 元

（2）測量方法改進產生的經濟效益研發成果實施前，測量人員在測量全過程中須用目視指示表測量數據的變動情況，且該方法只能測量機件裝配的單一跳動值。由于測量方法的局限性，造成排故中高壓壓氣機前軸頸（19 萬元/件）、高壓渦輪鼓筒軸（20 萬元/件）大量停用現象。



研發成果實施后，測量時改為使用帶數據輸出的數顯指示表，在測量時，由計算機自動實時采集、存儲測量數據， 測量結束后，自動利用最小二乘法計算機件裝配的同軸度及跳動值，并進行符合性判定。測量方法改進后，每年大大降低了高壓壓氣機前軸頸、高壓渦輪鼓筒軸的停用情況，經統計，每年節約279 萬元左右。





四、感受體會


通過該項目的成功應用，深刻體會到先進測量儀器和傳感器測量技術給生產帶來勞動強度降低、工作效率提高、工作質量提升等方面的實效，同時也認識到該套系統在智能化方面還存在優化提升空間。工廠將繼續對該系統進行升級優化，力爭研制出一套適合國內大多數機型使用的核心機堆疊式一體化測量系統。